Aprovechamiento del calor residual: Sistemas de recuperación tipo ORC

El calor residual es el calor contenido en los productos y subproductos de un proceso, que eleva su temperatura a niveles mayores de los adecuados para su emisión o almacenaje. Este calor puede ser aprovechado de modo que se cumplan dos objetivos simultáneamente:

• • Recoger y distribuir el calor para reutilizarlo en el mismo equipo o en otros.
  • Disminuir la temperatura de emisión de fluidos de manera que se reduzca la contaminación térmica de la planta.

El calor residual en los efluentes de los procesos industriales supone una importante pérdida de energía térmica en la industria. El aprovechamiento de este calor aumenta significativamente la eficiencia energética de los equipos y la eficiencia global de la planta.

Cuanto mayor sea la temperatura de la fuente de calor residual, mayor será la capacidad de aprovechamiento de este calor.

En general, en una planta, los equipos susceptibles de ser mejorados con medidas de recuperación de calor residual son múltiples:

• • Hornos eléctricos y de gas.
  • Calderas de todo tipo (gas, gasóleo, biomasa, etc.).
  • Secaderos.
  • Evaporadores.
  • Compresores.
  • Sistemas de refrigeración.
  • Turbinas.
  • Motores.
  • Instalaciones de cogeneración.

Las líneas de aprovechamiento de calor residual son fundamentalmente dos:

• Recuperación del calor residual de gases de combustión. Aproximadamente, una disminución de 20ºC en la temperatura de emisión de estos gases implica un aumento del rendimiento energético de una caldera de un 1%. Dado que los gases de combustión salen muy calientes, la posible reducción de la temperatura es grande, alcanzándose ahorros significativos.
• Recuperación del calor residual de otros fluidos. En este punto se incluye el aprovechamiento del calor de aguas residuales calientes procedentes de procesos de refrigeración de equipos. Las posibilidades de aprovechamiento son menores, y las temperaturas son mucho menores que en el caso de gases de combustión.

Sistemas Ciclos Orgánicos Rankine (ORC).

Los sistemas ORC basados en el ciclo orgánico de Rankine pueden producir calor y energía eléctrica a partir de un foco caliente con un gran rendimiento y de manera fácil para el usuario. La potencia eléctrica generada por estos sistemas de alta temperatura suele estar entre los 200 kW y 10MW.

El sistema permite maximizar la producción de energía gracias a una explotación más eficiente de la energía térmica de la caldera.

Principios básicos:

El fluido orgánico es precalentado en un regenerador y posteriormente evaporado con la potencia calorífica de la fuente de calor residual (del foco caliente).

El fluido se expande en la turbina y aún en fase vapor es utilizado en el regenerador, incrementando la eficiencia eléctrica. Se condensa el vapor cediendo la energía al circuito de agua refrigerante, se eleva de nuevo la presión mediante una bomba y de nuevo al regenerador cerrando el ciclo.

Características:

• El equipo incluye una turbina de alta eficiencia (más de 85%).
• El tiempo de vida de 20 años se consigue por los bajos esfuerzos mecánicos, y la no corrosión de los álabes debido a la ausencia de agua en el vapor.
• El equipo permite un alto grado de automatización y buen funcionamiento a cargas parciales.

Aplicaciones:

• Aprovechamiento de calor residual en aplicaciones intensas en energía.
• Aprovechamiento de calor residual en cogeneraciones.
• Solar.
• Biomasa.